分子間的碰撞intermolecular Collisions

化學原理啟迪123

1.     分子動力模型，並沒有把氣體分子間的碰撞納入計算。

2.     因為分子動力模型中的氣體粒子運動，符合理想氣體的行為（指的是，在高溫與低壓下的現實氣體），所以我們做出結論認為，當氣體的表現符合理想的時候，分子間的碰撞，顯然不會對氣體的壓力、體積或溫度有什麼重大影響。

3.     所以，考慮理想氣體壓力、體積或溫度的關係時，可以消掉分子間的碰撞。

4.     但是，有很多證據顯示，現實氣體中的氣體分子確實會碰撞。

5.     舉例來說，某個本來符合Maxwell-Boltzmann分佈曲線的氣體，受到某些因素干擾，移動速率會迅速改變，然後再恢復M-B分佈曲線。氣體分子脫離M-B分佈曲線常軌的行為，一定是因為氣體粒子發生碰撞，使得能量改變了。

6.     這個章節我們將要討論氣體中粒子的碰撞頻率。我們先設定一個球體的氣體粒子，它的半徑是d（單位 公尺），移動速率是「平均速率u_avg」。

7.     因為這顆氣體粒子是筆直地穿越一整群氣體，所以它應該有機會跟其它的氣體粒子碰撞。哪些氣體粒子會撞到我們設定的這顆氣體粒子呢？

8.     以我們所設定的氣體粒子移動路徑為圓柱的「軸線」，把我們設定的氣體粒子的「直徑d」，設定為一個圓柱體的「半徑」，其他粒子，只要圓心是在這個圓柱體範圍內活動，都會被碰撞到。

9.     相反地，任何粒子如果圓心在圓柱體範圍外活動，就不會被撞到。

10.  我們設定的氣體粒子筆直往前飛，掃過的圓柱立方體區域，圓柱體的「底」是半徑d的圓面，圓柱的「高」是每一秒「平均速率」所移動的長度。因此，每秒鐘，這顆粒子掃過的圓柱體大小是：

11.  這顆粒子穿過圓柱體區域，會造成多少次碰撞？全看這個圓柱體區域有幾顆氣體粒子。

12.  我們利用氣體密度的數值：N/V，可明確指出到底有幾顆粒子？N/V，意思是每單位體積的氣體粒子數量。所以，我們可以把它寫成

13.  這個方程式並不完全正確。如果你仔細思考他所描述的情況，你可能會問自己：「其他氣體的分子運動怎麼不見了？」

14.  我們最初設定的氣體粒子的移動速率是「u_avg」，但是其他氣體粒子在這個模型中卻被假設成靜止不動的：而實際上其它粒子當然不是真的靜止不動。它們不斷地以各種速率朝各個方向運動。

15.  如果把其它粒子的運動都考慮進去，我們原本設定的那一顆粒子的相對速率就變成「√2 u_avg」，而不是之前寫的「u_avg」。

16.  因此，氣體粒子碰撞率的公式變成：

 

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》